2026年機器人工程師控制系統(tǒng)競賽試題及真題考試時長：120分鐘滿分：100分考核對象：機器人工程、自動化及相關(guān)專業(yè)中等級別競賽選手題型分值分布：-判斷題（10題，每題2分）總分20分-單選題（10題，每題2分）總分20分-多選題（10題，每題2分）總分20分-案例分析（3題，每題6分）總分18分-論述題（2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）請判斷下列說法的正誤。1.PID控制器中的積分環(huán)節(jié)主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。2.機器人的伺服系統(tǒng)通常采用開環(huán)控制方式以提高響應速度。3.CAN總線通信協(xié)議支持多主節(jié)點同時通信。4.機器人的運動學逆解可能存在多個解。5.傳感器標定是指校準傳感器的零點和量程。6.機器人的關(guān)節(jié)扭矩控制屬于位置控制范疇。7.閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)更魯棒。8.機器人的運動學正解是指從關(guān)節(jié)角度計算末端位姿。9.機器人的力控模式適用于抓取易碎物品的場景。10.機器人的視覺SLAM算法需要實時計算環(huán)境地圖。二、單選題（每題2分，共20分）請選擇最符合題意的選項。1.在PID控制中，比例環(huán)節(jié)的主要作用是（）。A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.提高系統(tǒng)響應速度C.抑制超調(diào)D.增加系統(tǒng)阻尼2.以下哪種通信協(xié)議最適合機器人集群的實時數(shù)據(jù)傳輸？（）A.HTTPB.MQTTC.USBD.RS-2323.機器人的運動學逆解問題屬于（）。A.線性代數(shù)問題B.微分方程問題C.最優(yōu)化問題D.圖論問題4.以下哪種傳感器最適合測量機器人的關(guān)節(jié)角度？（）A.超聲波傳感器B.光纖傳感器C.編碼器D.溫度傳感器5.機器人的運動控制中，插補算法的主要目的是（）。A.提高控制精度B.增加系統(tǒng)帶寬C.減少計算量D.增強魯棒性6.以下哪種控制方法適用于機器人的力控抓取？（）A.P控制B.PI控制C.PID控制D.LQR控制7.機器人的視覺SLAM算法中，回環(huán)檢測的主要作用是（）。A.提高定位精度B.減少計算量C.防止里程計漂移D.增強地圖一致性8.機器人的伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制時，通常需要（）。A.減少傳感器精度B.增加控制延遲C.提高反饋增益D.降低系統(tǒng)帶寬9.機器人的運動學正解是指（）。A.從關(guān)節(jié)角度計算末端位姿B.從末端位姿計算關(guān)節(jié)角度C.計算關(guān)節(jié)速度D.計算系統(tǒng)誤差10.以下哪種算法不屬于機器人的路徑規(guī)劃算法？（）A.A算法B.Dijkstra算法C.RRT算法D.Kalman濾波算法三、多選題（每題2分，共20分）請選擇所有符合題意的選項。1.PID控制器的參數(shù)整定方法包括（）。A.Ziegler-Nichols方法B.試湊法C.頻域法D.神經(jīng)網(wǎng)絡法2.機器人的傳感器類型包括（）。A.視覺傳感器B.力傳感器C.距離傳感器D.溫度傳感器3.機器人的運動學逆解可能存在的問題包括（）。A.無解B.多解C.解不唯一D.解不連續(xù)4.機器人的閉環(huán)控制系統(tǒng)通常包含（）。A.傳感器B.控制器C.執(zhí)行器D.通信模塊5.機器人的視覺SLAM算法的核心模塊包括（）。A.里程計B.回環(huán)檢測C.地圖構(gòu)建D.相機標定6.機器人的伺服系統(tǒng)通常需要滿足（）。A.高精度B.快響應C.強魯棒性D.低功耗7.機器人的運動控制中，插補算法的類型包括（）。A.線性插補B.圓弧插補C.S型插補D.橢圓插補8.機器人的力控抓取需要考慮（）。A.力反饋B.位置控制C.接觸檢測D.安全性9.機器人的路徑規(guī)劃算法包括（）。A.A算法B.Dijkstra算法C.RRT算法D.DMP算法10.機器人的控制系統(tǒng)設計需要考慮（）。A.實時性B.可靠性C.可擴展性D.成本控制四、案例分析（每題6分，共18分）1.案例背景：某工業(yè)機器人需要抓取不同形狀的工件，其控制系統(tǒng)采用六軸關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)。已知機器人基坐標系到末端執(zhí)行器的運動學正解模型為：\[x=f(\theta_1,\theta_2,\theta_3,\theta_4,\theta_5,\theta_6)\]其中，\(\theta_i\)為關(guān)節(jié)角度，\(x\)為末端執(zhí)行器位姿?，F(xiàn)要求機器人從初始位姿\((\theta_1,\theta_2,\theta_3,\theta_4,\theta_5,\theta_6)=(0,0,0,0,0,0)\)運動到目標位姿\((\theta_1,\theta_2,\theta_3,\theta_4,\theta_5,\theta_6)=(30^\circ,45^\circ,60^\circ,45^\circ,30^\circ,0^\circ)\)，請分析該運動學逆解問題的可行性，并說明可能的解決方案。2.案例背景：某移動機器人采用輪式驅(qū)動，其控制系統(tǒng)采用PID控制器進行速度調(diào)節(jié)。已知機器人直線運動的PID參數(shù)為：\(K_p=1.2\),\(K_i=0.5\),\(K_d=0.2\)，當前誤差為1m/s，誤差變化率為0.1m/s，請計算PID控制器的輸出值。3.案例背景：某協(xié)作機器人需要抓取易碎物品，其控制系統(tǒng)采用力控模式。已知機器人末端執(zhí)行器的力傳感器測量到的作用力為：\(F_x=5N\),\(F_y=2N\),\(F_z=10N\)，請分析該力是否在安全范圍內(nèi)，并說明如何調(diào)整控制策略以避免損壞物品。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述題：請論述PID控制器的優(yōu)缺點，并說明在機器人控制系統(tǒng)中如何改進PID控制器以提高性能。2.論述題：請論述機器人視覺SLAM算法的基本原理，并分析其在實際應用中的挑戰(zhàn)及解決方案。---標準答案及解析一、判斷題1.√2.×（伺服系統(tǒng)通常采用閉環(huán)控制）3.√4.√5.√6.×（關(guān)節(jié)扭矩控制屬于力控制范疇）7.√8.√9.√10.√解析：-2.伺服系統(tǒng)需要高精度反饋，通常采用閉環(huán)控制。-6.關(guān)節(jié)扭矩控制是力控制，與位置控制不同。-10.Kalman濾波算法屬于狀態(tài)估計，不屬于路徑規(guī)劃。二、單選題1.A2.B3.A4.C5.A6.C7.C8.C9.A10.D解析：-1.比例環(huán)節(jié)主要消除誤差，但不直接消除穩(wěn)態(tài)誤差（積分環(huán)節(jié)負責消除穩(wěn)態(tài)誤差）。-4.編碼器是測量角度的常用傳感器。-9.力控模式適用于需要精確控制接觸力的場景。三、多選題1.ABC2.ABCD3.ABCD4.ABCD5.ABCD6.ABC7.ABCD8.ABCD9.ABC10.ABCD解析：-1.Ziegler-Nichols和試湊法是常用整定方法。-9.DMP算法屬于運動規(guī)劃，不屬于路徑規(guī)劃。四、案例分析1.解析：-運動學逆解可行性分析：需要驗證目標位姿是否在機器人工作空間內(nèi)。若存在多個解，需選擇最優(yōu)解（如最小關(guān)節(jié)角度）。-解決方案：采用數(shù)值優(yōu)化方法（如梯度下降）或解析方法求解逆解。2.解析：-PID輸出計算：\[u=K_p\cdote+K_i\cdot\inte\,dt+K_d\cdot\frac{de}{dt}\]\[u=1.2\cdot1+0.5\cdot1\cdott+0.2\cdot0.1\]（假設積分項為當前誤差累積，時間t為1s）\[u=1.2+0.5+0.02=1.72\]3.解析：-力分析：若安全范圍設定為\(F_z\leq15N\)，當前\(F_z=10N\)在安全范圍內(nèi)。-控制策略調(diào)整：可降低\(F_z\)的權(quán)重或增加接觸檢測以避免過度施力。五、論述題1.PID控制器的優(yōu)缺點及改進：-優(yōu)點：簡單、